Cientistas acreditam que o universo está a abrandar: será motivo de preocupação?

Há alturas em que a cosmologia parece tropeçar naquilo que, em teoria, devia ser mais simples de medir: a velocidade a que o universo se expande. Durante anos, esta foi uma das grandes dores de cabeça da área, mas pode estar a caminho de uma solução - ou, pelo menos, de uma leitura mais coerente dos dados.

Não faltam mistérios que mantêm os cosmologistas a pensar: matéria escura, assimetria matéria-antimatéria, energia escura ou o futuro de longo prazo do universo. Há, porém, outra questão que continua na lista dos problemas que não largam: porque é que o universo não parece expandir-se ao mesmo ritmo quando o medimos por caminhos diferentes?

Quando os astrónomos observam supernovas na nossa vizinhança galáctica, obtêm um valor para essa velocidade. Quando outros recuam até à radiação mais antiga que nos chegou do Big Bang - a luz fóssil que ainda enche o espaço em todas as direções, também chamada fundo cósmico de micro-ondas - e fazem as contas a partir daí, chegam a outro número. A diferença, já lá vamos, é pequena no papel, mas para um cientista uma constante que não é constante é um problema sério.

Esta discrepância tem nome: tensão de Hubble. E tem deixado a comunidade científica desconfortável, porque sugere que pode estar a faltar-nos algo essencial na forma como entendemos o universo. Duas novas investigações apresentam agora uma metodologia diferente para medir a expansão cósmica. Segundo as conclusões, o universo estaria a expandir-se muito mais devagar do que se pensava. Ambas foram publicadas a 3 de fevereiro na revista Astronomy & Astrophysics.

Hubble: a constante que faz o que quer

Para perceber o que está em causa, é preciso perceber o que é a constante de Hubble. O nome homenageia o astrónomo Edwin Hubble, que nos anos 1920 mostrou que o universo está em expansão. Esta constante resume a velocidade a que o próprio espaço se dilata. Mede-se em quilómetros por segundo por megaparsec, ou km/s/Mpc (um megaparsec corresponde a cerca de 3,3 milhões de anos-luz).

O problema é que, se a medirmos localmente, através de supernovas na nossa vizinhança galáctica, ou em grande escala, usando o fundo cósmico de micro-ondas (a luz fóssil emitida poucos centenas de milhares de anos após o Big Bang) em conjunto com o modelo padrão da cosmologia, o valor não coincide: 73 km/s/Mpc no primeiro caso, 68 km/s/Mpc no segundo.

Entre os dois métodos há, portanto, uma diferença de 5 km/s/Mpc. Isso quer dizer que, se pegarmos em duas galáxias separadas por 3,3 milhões de anos-luz, um dos métodos prevê que elas se afastam uma da outra 5 km/s mais depressa do que o outro. A esta escala, é muito. E, acima de tudo, não devia acontecer: a constante de Hubble é suposto ser, precisamente, uma constante - ou seja, um valor único que descreve como o espaço se expande, em todo o lado e para toda a gente. Se dois métodos rigorosos dão respostas diferentes, pelo menos um está enviesado, ou então ambos estão a falhar em algo.

Apesar de os cosmologistas terem explorado muitas hipóteses, o problema nunca ficou resolvido. Então, o que é que se deve admitir? Que o modelo padrão do universo (o modelo ΛCDM), o grande mapa de referência que nos guia desde o fim dos anos 1990, tem uma falha de concepção?

Para explicar porque é que as galáxias não se dispersam no vazio, invocámos a matéria escura. Para explicar porque é que o universo se expande cada vez mais depressa, acrescentámos a energia escura. São as nossas duas muletas: representariam cerca de 95% do conteúdo do universo, mas ninguém as detectou directamente. Aceitámos a sua existência porque, sem elas, as equações não fecham e o modelo ΛCDM ficaria como um retrato incompleto do universo.

A tensão de Hubble coloca-nos perante um dilema enorme: se nem com estas duas muletas o modelo consegue prever a constante correcta, talvez seja preciso uma terceira - ou talvez uma das duas anteriores esteja mal enquadrada. Duas equipas optaram por não confiar em nenhuma das duas abordagens habituais e propuseram uma terceira via teórica, totalmente livre dos enviesamentos das anteriores.

Erro de medição ou nova constante física? A terceira hipótese

Para isso, as duas equipas escolheram um terreno de observação que quase não tinha sido usado para resolver a questão da constante: dois grupos de galáxias próximos, o grupo Centaurus A e o grupo M81. Ambos estão sob o efeito de duas forças opostas: por um lado, a gravidade das vizinhas, que os mantém mais compactos; por outro, o fluxo cósmico - a combinação da expansão do universo impulsionada pela energia escura e da atracção de estruturas distantes ainda mais massivas - que os puxa para fora e estica o espaço onde estão inseridos.

Ao modelar este equilíbrio entre atracção e repulsão (que galáxia atrai qual outra, a que velocidade cada uma se afasta apesar de tudo), é possível recuar até ao valor da expansão local que explicaria o que ali se observa. Trata-se de uma medida independente, que já não depende de supernovas nem do fundo cósmico de micro-ondas e que, como se disse antes, não herda os seus possíveis enviesamentos.

Ao analisar os dois grupos, os investigadores encontraram também algumas particularidades. No Centaurus A, a galáxia gigante com o mesmo nome não domina o ambiente como se pensava: forma um sistema binário com a galáxia M83. Em vez de haver um centro de gravidade único, a massa reparte-se por estes dois pesos pesados, o que obriga a rever cálculos anteriores, baseados numa influência gravitacional centralizada.

No caso do grupo M81, já se conhecia o par central M81-M82, mas os novos dados mostram que a sua região interna está inclinada cerca de 34° em relação ao meio envolvente e que, numa escala de dez milhões de anos-luz, se alinha com uma vasta estrutura em folhas de matéria que também liga ao grupo Centaurus A. São, portanto, dois grupos distintos, mas inseridos na mesma teia de fundo, o que tem impacto na forma como interpretamos a sua dinâmica.

Ao separar a influência gravitacional destes grupos do movimento geral de expansão, os investigadores conseguiram chegar a um valor próprio para a velocidade a que o espaço se estica. Segundo os seus cálculos, essa velocidade é de 64 km/s/Mpc. Este número não só fica abaixo dos 73 km/s/Mpc medidos através das supernovas, como fica até abaixo dos 68 km/s/Mpc calculados a partir da radiação fóssil do Big Bang.

Se este valor estiver correcto, será uma revisão importante da cosmologia actual. Perante o desfasamento entre medições e a tensão de Hubble, os teóricos estavam prontos para quase tudo para salvar os modelos: procurar falhas na relatividade geral, inventar uma energia escura variável ou apostar em partículas fantasma. Todos procuravam uma “nova física” capaz de explicar um impasse teórico que parecia sem saída.

As conclusões sugerem, assim, que os “ingredientes” do modelo ΛCDM - matéria normal, matéria escura e energia escura - podem bastar para explicar a velocidade de expansão. Na prática, se continuar a existir uma discrepância na constante de Hubble, ela poderá dever-se aos próprios métodos de medição e, mais concretamente, à forma como reconstruímos a distância e o movimento dos objectos no universo.

Os métodos tradicionais dependem de cadeias longas e frágeis de inferência: no caso das supernovas, é necessário calibrar “réguas de distância” umas a partir das outras, e cada passo introduz a sua margem de erro; no caso do fundo cósmico de micro-ondas, é preciso extrapolar a evolução do universo desde os primeiros instantes com base num modelo teórico, assumindo que ele está certo em todas as épocas. Ou seja, nenhum destes métodos mede directamente a expansão do universo tal como ela se manifesta hoje: ambos a reconstruem, cada um à sua maneira, apoiando-se em hipóteses e etapas intermédias que podem enviesar o resultado final.

Não há, por isso, motivo para alarme se o universo estiver mesmo a abrandar, porque isso não terá qualquer impacto no Sistema Solar, e muito menos no nosso pequeno planeta. O que está em causa é uma possível mudança de teoria cosmológica, uma passagem de paradigma cujo verdadeiro efeito será desanuviar uma crise intelectual que se julgava insolúvel sem uma revisão total das leis físicas fundamentais. Ainda assim, para se poder declarar a tensão de Hubble totalmente resolvida, é preciso muito mais do que estes dois estudos. O próximo passo é demonstrar que esta hipótese se aplica a todo o universo, e não apenas aos dois grupos de galáxias analisados: aquilo que é válido na nossa vizinhança galáctica também o será à escala cosmológica?